一種晶圓級封裝的LED器件結構的製作方法

2023-10-10 00:54:34 3

本發明涉及LED技術領域，特別是涉及一種晶圓級封裝的LED器件結構。

背景技術：

發光二極體具有體積小、效率高和壽命長等優點,在交通指示、戶外全色顯示等領域有著廣泛的應用。尤其是利用大功率發光二極體可能實現半導體固態照明，引起人類照明史的革命,從而逐漸成為目前電子學領域的研究熱點。LED的光提取效率是指出射到器件外可供利用的光子與外延片的有源區由電子空穴複合所產生的光子的比例。在傳統LED器件中，由於襯底吸收、電極阻擋、出光面的全反射等因素的存在，光提取效率通常不到10％，絕大部分光子被限制在器件內部無法出射而轉變成熱，成為影響器件可靠性的不良因素。為提高光提取效率，使得器件體內產生的光子更多地發射到體外，並改善器件內部熱特性，經過多年的研究和實踐，人們已經提出了多種光提取效率提高的方法，比如電流分布與電流擴展結構、晶片形狀幾何化結構、表面微結構等。

通常LED的晶片結構為在藍寶石(Al2O3)等襯底上依次外延了N型半導體層、有源層、P型半導體層的構造。另外，在P型半導體層上配置有P電極，在N型半導體層上配置有N電極。最終的晶片可以是正裝結構、倒裝結構、垂直結構等。目前較為常用的是倒裝結構的LED器件，出光面為藍寶石生長襯底，但是藍寶石生長襯底的透光率(300nm～700nm)小於80％，很大一部分光被藍寶石生長襯底吸收，並且藍寶石襯底的導熱性也較差，散熱不好，因此LED襯底材料需要改善。另外，現有的LED結構的藍光側漏也較為嚴重，導致出光效率降低。

因此，如何突破現有技術進一步提高晶片良品率、提高晶片的散熱能力、提高出光率，仍然是本領域技術人員亟待解決的技術課題。

技術實現要素：

鑑於以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種晶圓級封裝的LED器件結構，用於解決現有技術中LED器件結構藍光側漏、散熱差、出光效率低等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種晶圓級封裝的LED器件結構，所述LED器件結構至少包括：

螢光粉基板，所述螢光粉基板包括透明基板和形成於所述透明基板表面的螢光粉膠體；

倒裝結構發光二極體，形成於所述螢光粉基板上；

第一反射鏡，覆蓋於所述螢光粉膠體和倒裝結構發光二極體的側壁表面。

作為本發明晶圓級封裝的LED器件結構的一種優化的方案，所述螢光粉基板還包括在所述螢光粉膠體表面形成的隔離基板。

作為本發明晶圓級封裝的LED器件結構的一種優化的方案，所述透明基板的厚度範圍為10～100μm，所述隔離基板的厚度範圍為10～30μm。作為本發明晶圓級封裝的LED器件結構的一種優化的方案，所述透明基板和隔離基板的透光率在92％以上。

作為本發明晶圓級封裝的LED器件結構的一種優化的方案，所述第一反射鏡覆蓋於所述螢光粉膠體、隔離基板以及倒裝結構發光二極體的側壁表面。

作為本發明晶圓級封裝的LED器件結構的一種優化的方案，所述倒裝結構發光二極體通過鍵合層鍵合於所述螢光粉基板上。

作為本發明晶圓級封裝的LED器件結構的一種優化的方案，所述螢光粉膠體、隔離基板以及倒裝結構發光二極體整體呈梯形，所述第一反射鏡為斜面結構。

作為本發明晶圓級封裝的LED器件結構的一種優化的方案，所述倒裝結構發光二極體為薄膜倒裝結構發光二極體，所述薄膜倒裝結構發光二極體包括：

N型半導體生長層，具有第一表面和與所述第一表面相對的第二表面，所述第一表面具有粗化結構；

量子阱層，生長於所述N型半導體生長層的第二表面上；

P型半導體生長層，形成於所述量子阱層上；

第二反射鏡層，形成於所述P型半導體生長層上；

P電極，結合於所述第二反射鏡上；

N電極，形成於所述第二反射鏡上，並穿過所述第二反射鏡、P型半導體生長層以及量子阱層與所述N型半導體生長層電連；

絕緣層，隔離於所述N電極與所述第二反射鏡、P型半導體生長層以及量子阱層之間。

作為本發明晶圓級封裝的LED器件結構的一種優化的方案，所述N型半導體生長層的第一表面鍵合於所述螢光粉基板上。

作為本發明晶圓級封裝的LED器件結構的一種優化的方案，所述第一反射鏡為DBR、Ag、或者Al。

如上所述，本發明的晶圓級封裝的LED器件結構，具有以下有益效果：

1.本發明LED器件的出光面為高透光率的透明基板面，其避免了傳統LED器件出光面的生長襯底對光的吸收，並結合高透光率的透明基板的選用，可大大提高所述LED器件的透 光率。以玻璃作為透明基板為例，其替代了原出光面所在的藍寶石(Al2O3)生長襯底，現傳統藍寶石生長襯底的透光率(300nm-700nm)小於80％左右，而玻璃基板的透光率(300nm-700nm)則大於90％，因此，增加了出光效率。

2.傳統的晶片在晶片的側壁無反射鏡，因此必然有光從晶片的側壁洩漏，同時由於藍寶石生長襯底的存在，因此，側光也包含藍寶石襯底的側光部分。本發明由於晶片的側壁有反射鏡，因此，可明顯減少封裝後發光二極體的藍光側漏。因此相比傳統晶片，本發明的LED器件的光效提升了20％以上。

3.由於採用透光率更高的透明基板作為出光面，且採用倒裝結構避免了電極對光的遮擋，同時減少了晶片的側光，且晶片除了出光面外，其他位置均有反射鏡結構，因此，光線更加集中，單位面積的螢光粉受到更多光的激發，器件出光效率、出光的均勻性和可靠性等的整體性能得到提高。

4.本發明由於剝離掉了導熱性較差的生長襯底，減少了熱傳導的介質材料，因此LED器件的散熱效果更好。

5.本發明採用透明基板結構與螢光粉膠體結合，與直接用螢光粉膠體進行LED晶片封裝的LED器件相比，由於克服了後者支撐襯底、晶片易碎等缺點，機械強度得到大大增強。

附圖說明

圖1為本發明晶圓級封裝的LED器件結構示意圖。

圖2為本發明實施例中薄膜倒裝結構發光二極體的結構示意圖

圖3為本發明實施例二中晶圓級封裝的LED器件結構示意圖。

元件標號說明

1 透明基板

2 螢光粉膠體

3 倒裝結構發光二極體

30 外延層

31 N型半導體生長層

301 粗化結構

32 量子阱層

33 P型半導體生長層

34 第二反射鏡層

35 P電極

36 N電極

37 絕緣層

4 第一反射鏡

5 隔離基板

6 鍵合層

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱附圖。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。

實施例一

本實施例提供一種晶圓級封裝的LED器件結構，如圖1所示，所述LED器件結構至少包括如下結構：螢光粉基板、倒裝結構發光二極體3以及第一反射鏡4。

所述螢光粉基板包括透明基板1和形成於所述透明基板1表面的螢光粉膠體2。

所述透明基板1是高透光率材料，其對藍光(300nm～700nm)的透光率在95％以上，例如，可以是玻璃基板等。所述第一透明基板1的厚度在10～100μm範圍內，例如，可以是20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、48μm、50μm、60μm、70μm、90μm、100μm等。本實施例中，所述透明基板1的厚度優選為70μm。

所述螢光粉膠體2可以通過塗覆或者燒結工藝形成於所述透明基板1上，所述螢光粉膠體2中的螢光粉受到激發後，產生的光從所述透明基板1出射。

所述倒裝結構發光二極體3形成於所述螢光粉基板上。進一步地，所述倒裝結構發光二極體3可以通過鍵合層鍵合於所述螢光粉基板上，形成永久性鍵合。所述鍵合層可以是矽膠或其他合適的樹脂膠體。

所述第一反射鏡4，覆蓋於所述螢光粉膠體2和倒裝結構發光二極體3的側壁表面。通過所述第一反射鏡4可以防止晶片發出的光從晶片的側壁洩露，結合倒裝結構發光二極體3 頂部的反射鏡，從而使晶片的出射光完全從底部表面出射，激發螢光粉，更好的提高螢光粉的激發效率，提高器件的光效。

所述第一反射鏡4可以是分布布拉格反射鏡(DBR)、Ag反射鏡或者Al反射鏡等。當然，也可以是其他合適的反射鏡材料，在此不限。本實施例中，所述第一反射鏡4為DBR。

本實施例中，如圖2所示，所述薄膜倒裝結構發光二極體3優選為薄膜倒裝結構發光二極體，所述薄膜倒裝結構發光二極體包括結構：N型半導體生長層31、量子阱層32、P型半導體生長層33、第二反射鏡層34、P電極35、N電極36以及絕緣層37。

所述N型半導體生長層31具有第一表面和與所述第一表面相對的第二表面，所述第一表面具有粗化結構301，在所述N型半導體生長層31的第二表面上依次生長形成所述量子阱層32和P型半導體生長層33。所述N型半導體生長層31、量子阱層32和P型半導體生長層33構成所述薄膜倒裝結構發光二極體的外延層30。

所述第二反射鏡34形成於所述P型半導體生長層33上。所述第二反射鏡34可以是Ag反射鏡等。需要注意的是，本發明中，「第一」和「第二」只是用來區別不同位置的結構，並沒有先後順序之分。

所述P電極35結合於所述第二反射鏡34上。所述N電極36形成於所述第二反射鏡34上，並穿過所述第二反射鏡34、P型半導體生長層33以及量子阱層32與所述N型半導體生長層31電連。如此，所述P型半導體生長層33由所述P電極35引出，所述N型半導體生長層31由所述N電極36引出。

所述絕緣層37隔離於所述N電極36與所述第二反射鏡34、P型半導體生長層33以及量子阱層32之間。

所述N型半導體生長層31具有粗化結構301的第一表面鍵合於所述螢光粉基板上。進一步地，所述N型半導體生長層31具有粗化結構301的第一表面通過鍵合層6(如矽膠)鍵合於所述螢光粉基板上。

具體地，所述第一反射層4覆蓋在外延層以及螢光粉膠體2的側壁表面，如圖3所示，所述LED器件的上表面由第二反射鏡34覆蓋，側壁由第一反射鏡4覆蓋，螢光粉膠體2中的螢光粉受到激發後發射的光全部從透明基板1出射，有效防止出射光側漏，提高光效。所述透明基板1的對光的吸收低、透光率高，可以進一步提高光出射效率。

所述螢光粉膠體2和倒裝結構發光二極體3整體優選呈梯形，此時覆蓋在其側壁上的第一反射鏡4為斜面結構。

實施例二

本實施例與實施例一的區別在於，本實施例提供的晶圓級封裝的LED器件結構中，如圖3所示，所述螢光粉基板還包括在所述螢光粉膠體2表面形成的隔離基板5。此時所述螢光粉基板包括：透明基板1、隔離基板5以及夾在所述透明基板1和隔離基板5之間的螢光粉膠體2。

作為示例，所述倒裝結構發光二極體3通過鍵合層6(如矽膠或者其他樹脂膠體)鍵合於螢光粉基板的隔離基板5上。

通過將所述螢光粉膠體2塗覆或者燒結在兩層透明基板中間，形成帶有螢光粉膠體2的透明基板。所述隔離基板5是高透光率材料，其對藍光(300nm～700nm)的透光率在95％以上，例如，可以是玻璃基板等。所述隔離基板5的厚度在10～30μm範圍內，例如，可以是10μm、15μm、18μm、20μm、25μm、28μm、30μm等。本實施例中，所述隔離基板5的厚度優選為20μm。

由於所述螢光粉基板還包括隔離基板5，因此，所述第一反射鏡4覆蓋於所述螢光粉膠體2、隔離基板5以及倒裝結構發光二極體3的側壁表面。所述螢光粉膠體2、隔離基板5以及倒裝結構發光二極體3整體呈梯形，所述第一反射鏡4為斜面結構。更進一步地，所述N型半導體生長層31的第一表面鍵合於螢光粉基板的隔離基板5上。

需要說明的是，本實施例的倒裝結構發光二極體優選為薄膜倒轉管結構發光二極體3。圖3中的薄膜倒裝結構發光二極體3的結構細節並未畫出，例如N電極需要跟N型半導體生長層電連、以及絕緣層等均為畫出。所述薄膜倒裝結構發光二極體的結構3以圖2為準。

使用晶片尺寸大小為12mil*26mil的晶片晶圓製作以上LED封裝器件。採用Labsphere50cm積分球系統，60mA下，器件的光效可達到180lm/W以上；同時，對傳統的12mil*26mil倒裝晶片進行封裝測試，器件的光效為150lm/W。因此相比傳統晶片，本發明的LED器件的光效提升了20％以上。

綜上所述，本發明提供一種一種晶圓級封裝的LED器件結構，所述LED器件結構至少包括：螢光粉基板，所述螢光粉基板包括透明基板和形成於所述透明基板上的螢光粉膠體；形成於所述螢光粉基板上的倒裝結構發光二極體；覆蓋於所述螢光粉膠體和倒裝結構發光二極體的側壁表面的第一反射鏡。所述螢光粉基板還包括形成在所述螢光粉膠體表面的隔離基板。本發明中所述器件的側壁具有反射鏡結構，該反射鏡將晶片及螢光粉膠體的側壁覆蓋，防止晶片發出的光從晶片的側壁洩露，再結合倒裝結構發光二極體中P型半導體導電層表面的反射鏡，使晶片的出射光完全從暴露出的N型半導體層表面出射，進入透明基板之間的螢光粉膠體，激發螢光粉，更好的提高螢光粉的激發效率，提高器件的光效。

所以，本發明有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。